JPH047509A - Semiconductor optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、曲線光導波路部を含む半導体光導波路に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor optical waveguide including a curved optical waveguide section.
(従来技術とその課題)
光エレクトロニクスの進歩とともに、半導体光デバイス
の集積化の研究開発が近年盛んに進められている。特に
半導体光導波路は、半導体電子デバイスで培われた微細
加工技術を応用することによって半導体基板上に実現で
き、半導体光マトリクススイッチの各スイッチ間の接続
や、同一基板内での半導体光機能素子間の接続(例えば
、光源とスイッチやアンプなどとの接続)に用いられ、
半導体光集積回路の重要なコンポーネントの一つと考え
られる。このような半導体光導波路は、各半導体光デバ
イス間の接続を行なうなめに、直線光導波路たけでなく
曲線光導波路も必要となってくる。従来は、この曲線光
導波路を直線光導波路と一緒に通常の1回のフォト・リ
ソグラフィ法を用いて形成する方法が一般的であった。(Prior Art and its Issues) Along with advances in optoelectronics, research and development into the integration of semiconductor optical devices has been actively promoted in recent years. In particular, semiconductor optical waveguides can be realized on semiconductor substrates by applying microfabrication technology cultivated in semiconductor electronic devices, and can be used for connections between each switch of a semiconductor optical matrix switch, and between semiconductor optical functional elements on the same substrate. (for example, connecting a light source to a switch or amplifier, etc.)
It is considered one of the important components of semiconductor optical integrated circuits. Such a semiconductor optical waveguide requires not only a straight optical waveguide but also a curved optical waveguide in order to connect each semiconductor optical device. Conventionally, it has been common practice to form this curved optical waveguide together with a straight optical waveguide using an ordinary one-shot photolithography method.
ところで、集積化デバイスを小型化するためには、曲線
光導波路の曲率半径を小さくすることか好ましい。とこ
ろが本来、光には直進性という性質があるから、曲線光
導波路の曲率半径をむやみに小さくしていくと、従来の
リブ形成法では曲線光導波路に於て放射損失か増大する
という問題があった。ある程度の曲率半径であれば、導
波路の幅を広くして光の閉じ込めを強くすることによっ
て放射損失を低減できることがプリー(R,J、DER
I )らによってエレクトロニクス・レターズ第23巻
845頁(ELECTRONIC8LETTER3Vo
l、23 p、845)に報告されている。しかし、導
波路幅を広くしていくと、導波光がマルチード条件に近
づくことになり、同時に集積化された他の直線光導波路
よりなる光デバイス、例えば方向性結合器型光スイッチ
等の特性に悪影響を与える。しがも、曲率半径をmmオ
ーダー以下に小さくしていった場合、導波路の幅を広く
して光の閉じ込めを強くしても放射損失があまり低減さ
れないという問題もある。Incidentally, in order to downsize the integrated device, it is preferable to reduce the radius of curvature of the curved optical waveguide. However, since light inherently has the property of traveling in a straight line, if the radius of curvature of a curved optical waveguide is unnecessarily reduced, the conventional rib forming method has the problem of increasing radiation loss in the curved optical waveguide. Ta. Pree (R, J, DER) shows that if the radius of curvature is to a certain extent, radiation loss can be reduced by increasing the width of the waveguide and strengthening the light confinement.
I) et al., Electronics Letters, Vol. 23, p. 845 (ELECTRONIC8LETTER3Vo
1, 23 p. 845). However, as the width of the waveguide is increased, the guided light approaches the multiplexed condition, and at the same time the characteristics of optical devices made of other integrated linear optical waveguides, such as directional coupler type optical switches, deteriorate. have a negative impact. However, when the radius of curvature is reduced to the order of millimeters or less, there is a problem that radiation loss is not reduced much even if the width of the waveguide is increased to strengthen the light confinement.
第2図(A)は、S字曲線光導波路の導波路幅だけをシ
ングルモード条件内で変化させた場合の曲率半径と放射
損失の関係を示した図である。本図から、曲率半径が数
州オーダーの場合は導波路幅を広くすることによって放
射損失が低減されるが、曲率半径が關オーダー以下の場
合は導波路幅を広くしても殆ど放射損失は低減されない
ことがわかる。このように、従来の半導体光導波路には
放射損失の低減に関して解決すべき課題があった。FIG. 2(A) is a diagram showing the relationship between the radius of curvature and the radiation loss when only the waveguide width of the S-curve optical waveguide is changed within single mode conditions. This figure shows that when the radius of curvature is on the order of a few degrees, the radiation loss is reduced by widening the waveguide width, but when the radius of curvature is on the order of a few degrees or less, even if the waveguide width is widened, there is almost no radiation loss. It can be seen that it is not reduced. As described above, conventional semiconductor optical waveguides have had problems to be solved regarding reduction of radiation loss.
(課題を解決するための手段)
上述の課題を解決するために1本発明による半導体光導
波路は、直線及び曲線形状のリブ型光導波路が連続して
形成され、前記直線形状のリブ型光導波路部のリブ底部
のみに水素化非晶質シリコン(a−8i:H)薄膜が堆
積されていることを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor optical waveguide according to the present invention is provided in which straight and curved rib-shaped optical waveguides are successively formed, and the linear rib-shaped optical waveguide A thin film of hydrogenated amorphous silicon (a-8i:H) is deposited only on the bottom of the rib.
(作用)
一般に、光は直進性という性質を持っているので、半導
体光導波路の曲線部分では放射損失が生じてしまう。こ
の放射損失は曲線光導波路の曲率を小さくするに従って
増大してしまうので、従来は放射損失が導波損失に比べ
て無視できる程度の曲率半径で曲線光導波路を作製せざ
るを得す、このためデバイス全体の長さを短くするのに
大きな妨げとなっていた。また、導波路幅を広くしてお
いて光の閉じ込めを強くし、曲線光導波路の放射損失を
低減することもできるが、曲率がmmオーダー以下の場
合、この方法によっても放射損失はあまり低減されない
上に、マルチモード条件に近づいてしまうため同一基板
上の他の光デバイスに悪影響を与える点からも好ましく
ない。(Function) Since light generally has the property of traveling in a straight line, radiation loss occurs in curved portions of a semiconductor optical waveguide. This radiation loss increases as the curvature of the curved optical waveguide decreases, so conventionally, curved optical waveguides had to be fabricated with a radius of curvature where the radiation loss was negligible compared to the waveguide loss. This was a major hindrance to reducing the overall length of the device. It is also possible to increase the waveguide width to strengthen light confinement and reduce radiation loss in a curved optical waveguide, but if the curvature is on the order of mm or less, this method does not reduce radiation loss much. Moreover, since it approaches a multi-mode condition, it is also undesirable in that it adversely affects other optical devices on the same substrate.
本発明の半導体光導波路の製作では、まず全体を深めに
エツチングしてリブ型半導体光導波路を形成した後直線
光導波路部のみにそのエツチング面上にa−8t:H薄
膜を堆積する。このように製作された半導体光導波路で
は曲線光導波路部において水平方向の光の閉じ込めを強
くし、直線光導波路部において水平方向の光の閉じ込め
を曲線光導波路部に比べて弱くすることができる。した
がって、曲率半径を小さくしていっても曲線光導波路の
放射損失の低減化をはかることができる上、シングルモ
ード条件も容易に実現でき、同一基板上の直線光導波路
を用いた他の光デバイスには悪影響を与えない。さらに
、a−8t:H薄膜は、大面積・高均一に堆積すること
が可能であり、かつ、ウェハの表面状態によらず一定の
厚さに再現性良く得られるから、直線光導波路部の水平
方向の光の閉じ込め状態を精度よく制御することが可能
である。また、a−8t:H薄膜は堆積条件を変えるこ
とで長波長帯に対する屈折率を2付近から4付近まで簡
単に制御することが可能であるので、種々の半導体材料
を用いな光導波路に適合する。従って、本発明によれば
、リブ導波路部の横水平方向の光閉じ込め状態制御に高
い精度が要求される方向性結合器型光スイッチが多数集
積されたマトリクス光スィッチ等において、曲線光導波
路の曲率半径を小さくし素子を小型化することができる
。In manufacturing the semiconductor optical waveguide of the present invention, first, the entire structure is deeply etched to form a rib-type semiconductor optical waveguide, and then an a-8t:H thin film is deposited on the etched surface of the straight optical waveguide only. In the semiconductor optical waveguide manufactured in this way, the confinement of light in the horizontal direction can be made stronger in the curved optical waveguide section, and the confinement of light in the horizontal direction can be made weaker in the straight optical waveguide section than in the curved optical waveguide section. Therefore, even if the radius of curvature is made smaller, the radiation loss of the curved optical waveguide can be reduced, and single mode conditions can also be easily achieved, allowing other optical devices using straight optical waveguides on the same substrate. has no adverse effect on. Furthermore, the a-8t:H thin film can be deposited highly uniformly over a large area, and can be obtained at a constant thickness with good reproducibility regardless of the surface condition of the wafer. It is possible to precisely control the confinement state of light in the horizontal direction. In addition, the refractive index of the a-8t:H thin film for long wavelength bands can be easily controlled from around 2 to around 4 by changing the deposition conditions, making it suitable for optical waveguides using various semiconductor materials. do. Therefore, according to the present invention, a curved optical waveguide can be used in a matrix optical switch, etc. in which a large number of directional coupler type optical switches are integrated, which requires high accuracy in controlling the optical confinement state in the horizontal and horizontal directions of the rib waveguide section. It is possible to reduce the radius of curvature and downsize the element.
(実施例) 以下図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。(Example) The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明によるG a A s / A J G
a A s半導体光導波路を集積した、4×4マトリ
クス光スイツチの概要図であり、第1図(A)は平面図
、第1図(B)は第1図(A)の点線BB′面における
方向性結合器部を示す断面図、第1図(C)は第1図(
A)の点線CC′面における曲線光導波路部を示す断面
図である。FIG. 1 shows G a A s / A J G according to the present invention.
1(A) is a plan view, and FIG. 1(B) is a plane taken along the dotted line BB' in FIG. 1(A). A cross-sectional view showing the directional coupler section in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the curved optical waveguide section along the dotted line CC' plane in A).
まず、第1図に示した4X4マトリクス光スイツチの断
面層構造について説明する。 n十−G a A s基
板11上に、n−A、I!0.5 G ao、s A
S第1クラッド層12が成長され、n−AJ。。First, the cross-sectional layer structure of the 4×4 matrix optical switch shown in FIG. 1 will be explained. n-A, I! on the n-G a As substrate 11; 0.5 G ao,s A
The S first cladding layer 12 is grown, n-AJ. .
Gao、、、As第1クラッド層12の1−GaAs導
波層13が成長されている。前記1−GaAs導波層1
3の上には、リブ部を有するiA J o、 s G
a o、 s A S第2クラッド層14および、p
AJ o、s G ao、5A S第3クラッド層1
5が形成されている。前記p A fJo、 s G
a o、 s A s第3クラッド層15の上には、
p” −GaAsキャップ層16が形成されている。前
記 P+G a A sキャン1層16の上にはP電極
18が、n”−GaAs基板11の下にはn電極17が
形成されている。ここで、方向性結合器部1においては
i A16,5 Gao、s A S第2クラッド層
14のエツチング面上に、a−8t:H薄膜19がさら
に形成されている。A 1-GaAs waveguide layer 13 of the Gao,..., As first cladding layer 12 is grown. Said 1-GaAs waveguide layer 1
3 has a rib part iA J o, s G
a o, s A S second cladding layer 14 and p
AJ o, s G ao, 5A S third cladding layer 1
5 is formed. Said p A fJo, s G
a o, s A s On top of the third cladding layer 15,
A p"-GaAs cap layer 16 is formed. A P electrode 18 is formed on the P+GaAs scan 1 layer 16, and an n electrode 17 is formed below the n"-GaAs substrate 11. Here, in the directional coupler section 1, an a-8t:H thin film 19 is further formed on the etched surface of the iA16,5Gao,sAS second cladding layer 14.
第1図に示した半導体光導波路の製造方法について以下
に述べる。n”−GaAs基板11上に、分子線エピタ
キシャル成長法(MBE法)または有機金属気相成長法
(MO−CVD法)を用いて、n Alo、s Ga
o、s As第1クラッド層12.1−GaAs導波路
13、i A、Q o、s G ao6As第2クラ
ッド層14、p AJ o、s G ao、sAs第
3クラッド層15、p” −GaAsキャップ層16を
成長する。各層の厚さについて述べれば n A、I
! o、s Gao、s As第1クラッド層12が1
〜2μIn程度、1−GaAs導波層13が0.2μm
程度、i A、Q o、5 Gao、s As第2ク
ラッド層14が0.5μm程度、p AJo、sG
ao、s A S第3クラッド層15が0.5.tun
程度、P”−GaAsキャップ層16が0.2μlll
程度である。また、各層のキャリア濃度について述べれ
ば、n AJ o、s G ao、s A S第1ク
ラッド層12が5×1717CI11−3程度、p
A、llo、s Gao、sAs第3クラッド層15が
5 ×l 7 +7all]−3程度、P”−GaAs
キャップ層16が2 X 1018an −’程度であ
る。以上のように結晶成長した後、通常のフォトリング
ラフィ法とエツチング法により方向性結合器のリブ部を
形成する。エツチング深さは、1.1μm程度である。A method for manufacturing the semiconductor optical waveguide shown in FIG. 1 will be described below. On the n''-GaAs substrate 11, using molecular beam epitaxial growth (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD), n Alo, s Ga
o, s As first cladding layer 12.1 - GaAs waveguide 13, i A, Q o, s Gao6As second cladding layer 14, p AJ o, s Gao, s As third cladding layer 15, p" - A GaAs cap layer 16 is grown.The thickness of each layer is n A, I
! o, s Gao, s As first cladding layer 12 is 1
~2 μIn, 1-GaAs waveguide layer 13 is 0.2 μm
degree, i A, Q o, 5 Gao, s As second cladding layer 14 is about 0.5 μm, p AJo, sG
ao,s A S third cladding layer 15 is 0.5. Tun
The P''-GaAs cap layer 16 has a thickness of 0.2μllll.
That's about it. Also, regarding the carrier concentration of each layer, n AJ o, s Gao, s A S first cladding layer 12 has a carrier concentration of about 5×1717 CI11-3,
A, llo, s Gao, sAs third cladding layer 15 is about 5×l 7 +7all]-3, P''-GaAs
The cap layer 16 has a thickness of about 2×10 18 an −′. After crystal growth as described above, the rib portion of the directional coupler is formed by ordinary photolithography and etching methods. The etching depth is about 1.1 μm.
エツチングの後に、P+−GaASキャップ層7上部に
p電極18を、n”−GaAs基板11の下にn電極1
7をそれぞれ金属蒸着により設ける。この後、曲線光導
波路部2のみに通常のフォトリングラフィ法を用いてマ
スクをした後に、平行平板式グロー放電分解法(GD−
CVD)をもちいてa−3i:H薄膜19を全面に0.
1μm程度堆積することによって、方向性結合器部1に
のみエツチング面上にaSt :H薄膜19を形成する
。a−3i:H薄膜19の屈折率は堆積中の基板温度で
制御することとし、ここでは摂氏250度程度とし、ま
た、原料ガスは、SiH<100%を用いる。この場合
、a−3i:Hの屈折率はA、Q o、s Gao、s
A sと殆ど同じである。After etching, a p-electrode 18 is formed on top of the P+-GaAS cap layer 7, and an n-electrode 1 is formed below the n''-GaAs substrate 11.
7 are respectively provided by metal vapor deposition. After that, only the curved optical waveguide section 2 is masked using the usual photolithography method, and then the parallel plate glow discharge decomposition method (GD-
A-3i:H thin film 19 is deposited on the entire surface using CVD).
By depositing about 1 μm, an aSt:H thin film 19 is formed on the etched surface only in the directional coupler portion 1. The refractive index of the a-3i:H thin film 19 is controlled by the substrate temperature during deposition, which is approximately 250 degrees Celsius here, and the raw material gas used is SiH<100%. In this case, the refractive index of a-3i:H is A, Q o, s Gao, s
It is almost the same as As.
以上が本発明の一実施例である半導体光導波路の構成と
その製造方法の説明である。上述の半導体光導波路にお
いて、曲線光導波路の放射損失が従来よりも改善され、
かつ、シングルモード条件も容易に実現できる原理を以
下に説明する。The above is an explanation of the structure of a semiconductor optical waveguide and its manufacturing method, which is an embodiment of the present invention. In the semiconductor optical waveguide described above, the radiation loss of the curved optical waveguide is improved compared to the conventional one,
The principle by which the single mode condition can also be easily realized will be explained below.
本実施例においては、第1図(B)に示すように方向性
結合器部1のリプ高さが
i−A、1lO0,Ga、、、Asクラッド層14とほ
ぼ同じ屈折率を有するa−8i:H薄膜19で実効的に
調整されているのに対して、曲線光導波路部2のリブ高
さはやや高くしている。このため、曲線光導波路部2で
は光の閉じこめが強くなり、放射損失の低減化がはかれ
る。第2図(A)にシングルモード条件内で導波路幅を
変化させた場合の曲率半径と放射損失の関係の一例を示
す。放射損失の計算は、第3図(A)に示すような1つ
のS字当りについての全放射損失として求め、導波構造
としては、第3図(B)に示すような層構造モデルにし
たがって計算し、ここでは、AJ)、、。In this embodiment, as shown in FIG. 1(B), the lip height of the directional coupler section 1 is i-A, 1lO0, Ga, . 8i:H thin film 19 effectively adjusts the height, whereas the rib height of the curved optical waveguide section 2 is set slightly higher. Therefore, light is strongly confined in the curved optical waveguide section 2, and radiation loss is reduced. FIG. 2(A) shows an example of the relationship between the radius of curvature and radiation loss when the waveguide width is changed within single mode conditions. The radiation loss is calculated as the total radiation loss per S-curve as shown in Figure 3 (A), and the waveguide structure is calculated according to the layered structure model as shown in Figure 3 (B). Calculate, here AJ), .
G a o、 s A S第1クラッド層22の層厚を
1.5μm 、GaAs導波層23の層厚を0.2μl
ll、AJ o、s G ao、s A S第2クラッ
ド層24の層厚を1.2μm、エツチング深さt、を0
.9μmとして、導波路幅Wを2μrn 、2.5 μ
rn 、3μnと変化させた。第2図(A>より、曲率
半径が数ff1mの場合は、導波路幅を広くした方が放
射損失が低減できるが、IT1mオーダー以下の場合は
導波路幅を広げても放射損失はあまり変わらないことが
わかる。G ao, s AS The layer thickness of the first cladding layer 22 is 1.5 μm, and the layer thickness of the GaAs waveguide layer 23 is 0.2 μl.
ll, AJ o, s G ao, s A The layer thickness of the second cladding layer 24 is 1.2 μm, and the etching depth t is 0.
.. Assuming 9 μm, the waveguide width W is 2 μrn and 2.5 μm.
rn was varied to 3 μn. From Figure 2 (A>), when the radius of curvature is several ff1m, the radiation loss can be reduced by widening the waveguide width, but when the radius of curvature is on the order of 1m or less, the radiation loss does not change much even if the waveguide width is widened. It turns out that there isn't.
第2図(B)には第2図(A>と同じ構造でシングルモ
ード条件内で導波路のリブ高さを変化させた場合の曲率
半径と放射損失の関係の一例を示す。FIG. 2(B) shows an example of the relationship between the radius of curvature and the radiation loss when the rib height of the waveguide is changed within the single mode condition with the same structure as in FIG. 2(A).
第2図(A)と同じく、放射損失の計算は、第3図(A
)に示すよな1つのS字当りについての全放射損失とし
て求め、導波構造としては、第3図(B)に示すような
mmmモモデルしたがって計算し、ここでは、A 、l
16. s G a o、 s A S第1クラッド層
22の層厚を1.5μm、導波層23の層厚を0.2μ
Ill 、 A、ll Q、5 Gao、s As第2
クラッド層24の層厚を1.2μm、導波路幅Wを2μ
mとして、エツチング深さt、を0.9μrn 、0.
95μm、1μmと変化させた。第2図(B)より、導
波路のリブ高さを高くした場合は、曲率半径がnmオー
ダー以下でも効果的に放射損失が低減可能であることが
わかる。本実施例ではリブの高さを高くして光の閉じこ
めを強くしているので、曲線光導波路部2の曲率半径を
關オーター以下に短くした場合でも、導波路幅を広げて
光の閉じ込めを強くする場合に比べて効果的に放射損失
を低減することが可能である。また、方向性結合器部1
はa−3t :H薄膜19で調整されているので、方向
性結合器部1においいてシングルモード条件を容易に保
つことができ、a−8i:H薄膜19の厚さ、導波路幅
、導波路間隔により完全結合長を制御できるので設計の
自由度が増し、かつ、曲線光導波路部2のシングルモー
ド条件は方向性結合器部1よりもリブ高さが高くても許
容されるので、容易にシングルモード条件が実現できる
。さらに、方向性結合器部1の導波路幅と曲線光導波路
部2の導波路幅は同じなので、方向性結合器部1と曲線
光導波路部2の接続損失に関しては特に問題は生じない
。さらに、a−8t:H4膜は、大面積・高均一に堆積
することが可能であり、かつ、ウェハの表面状態によら
ず一定の厚さに再現性良く得られるから、本実施例の半
導体光導波路では直線光導波路部の水平方向の光の閉じ
込め状態を精度よく制御することが可能である。また、
a−8i:H薄膜では堆積条件を変えることで長波長帯
に対する屈折率を2付近から4付近まで簡単に制御する
ことが可能であるので、種々の半導体材料を用いた光導
波路に適合する。従って、本発明によればリブ導波路部
の横方向の光の閉じ込めに高い精度が要求される方向性
結合器型光スイッチが同時に集積されたマトリクス光ス
ィッチ等において、曲線光導波路の曲率半径を小さくし
素子を小型化することができる。As in Figure 2 (A), calculation of radiation loss is shown in Figure 3 (A).
), and the waveguide structure is calculated according to the mm model as shown in Figure 3 (B).
16. s G a o, s A The layer thickness of the first cladding layer 22 is 1.5 μm, and the layer thickness of the waveguide layer 23 is 0.2 μm.
Ill, A, ll Q, 5 Gao, s As 2nd
The layer thickness of the cladding layer 24 is 1.2 μm, and the waveguide width W is 2 μm.
m, the etching depth t is 0.9μrn, 0.
The thickness was changed to 95 μm and 1 μm. From FIG. 2(B), it can be seen that when the rib height of the waveguide is increased, the radiation loss can be effectively reduced even if the radius of curvature is on the order of nm or less. In this example, the height of the ribs is increased to strengthen the confinement of light, so even if the radius of curvature of the curved optical waveguide section 2 is shortened to less than 100 degrees, the width of the waveguide can be widened to improve the confinement of light. It is possible to reduce radiation loss more effectively than in the case of increasing the strength. In addition, the directional coupler section 1
is adjusted by the a-3t:H thin film 19, the single mode condition can be easily maintained in the directional coupler section 1, and the thickness of the a-8i:H thin film 19, the waveguide width, and the The degree of freedom in design is increased because the complete coupling length can be controlled by the waveguide spacing, and the single mode condition of the curved optical waveguide section 2 can be easily achieved even if the rib height is higher than that of the directional coupler section 1. single-mode conditions can be achieved. Further, since the waveguide width of the directional coupler section 1 and the waveguide width of the curved optical waveguide section 2 are the same, no particular problem arises regarding connection loss between the directional coupler section 1 and the curved optical waveguide section 2. Furthermore, the a-8t:H4 film can be deposited over a large area and highly uniformly, and can be obtained at a constant thickness with good reproducibility regardless of the surface condition of the wafer. In the optical waveguide, it is possible to precisely control the confinement state of light in the horizontal direction of the straight optical waveguide section. Also,
Since the a-8i:H thin film can easily control the refractive index for long wavelength bands from around 2 to around 4 by changing the deposition conditions, it is suitable for optical waveguides using various semiconductor materials. Therefore, according to the present invention, the radius of curvature of a curved optical waveguide can be improved in a matrix optical switch, etc. in which directional coupler type optical switches are simultaneously integrated, which requires high accuracy in confining light in the lateral direction of the rib waveguide. It is possible to reduce the size of the device.
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではない
。実施例としては、GaAs系の材料を用いたが、これ
に限るものではなく、InP系等他の材料でも、光導波
路用材料であれば本発明は適用可能である。また、本実
施例ではエツチングをRIBE法によるドライエツチン
グで行なっているが、リブ部が形成されるエツチング方
法であれば他の方法でもよく、例えば反応性イオンエツ
チング法(RIE法)であってもよいし、ウェットエツ
チングでもよい。さらに、a−3t:H薄膜を堆積する
のに平行平板式グロー放電分解法(GDCVD)を用い
たが、これに限るものではなく、例えば他の堆積方法と
して、光CVD法であっても良いし、ECR−プラズマ
CVD法であってもよい。また、a−8t:H薄膜の屈
折率の制御は堆積中の基板温度によって行なったか、特
にこの方法に限るものではなく、例えば、原料ガスにS
i H4カスとH2ガスとを用い、S i H4ガス
とエイ、ガス流量比を変えて屈折率を制御する方法であ
っても構わない。Note that the present invention is not limited to the above embodiments. Although a GaAs-based material is used in the embodiment, the invention is not limited to this, and the present invention is applicable to other materials such as InP-based materials as long as they are materials for optical waveguides. Further, in this example, etching is performed by dry etching using the RIBE method, but other etching methods may be used as long as the rib portions are formed. For example, reactive ion etching (RIE method) may be used. You can also use wet etching. Furthermore, although parallel plate glow discharge decomposition (GDCVD) was used to deposit the a-3t:H thin film, the method is not limited to this; for example, a photo-CVD method may be used as another deposition method. However, an ECR-plasma CVD method may also be used. In addition, the refractive index of the a-8t:H thin film was controlled by controlling the substrate temperature during deposition.
It is also possible to use a method of controlling the refractive index by using i H4 gas and H2 gas and changing the gas flow rate ratio.
(発明の効果)
以上に述べたように、本発明によれば、半導体光導波路
において、mmオーダー以下の曲率の曲線光導波路にお
いても放射損失が従来よりも改善され、かつ、シングル
モード条件も容易に実現可能な半導体光導波路の構造を
提供する。このため、光スィッチなどの光機能素子中の
半導体光導波路の曲線光導波路の占める長さを知くする
ことかでき、デバイスの短小化が可能となり、デバイス
長の最小化にともない光路長が短くなるから、導波損失
を低減することも可能となる上に、同一基板上の直線光
導波路よりなる他の光デバイスには悪影響を与えない。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, in a semiconductor optical waveguide, even in a curved optical waveguide with a curvature on the order of mm or less, the radiation loss is improved compared to the conventional one, and single mode conditions can be easily achieved. The present invention provides a structure of a semiconductor optical waveguide that can be realized. For this reason, it is possible to know the length occupied by the curved optical waveguide of a semiconductor optical waveguide in an optical functional device such as an optical switch, making it possible to shorten the device, and by minimizing the device length, the optical path length can be shortened. Therefore, it is possible to reduce waveguide loss, and it does not adversely affect other optical devices made of straight optical waveguides on the same substrate.
さらに、a−3t:H薄膜は、大面積・高均一に堆積す
ることが可能であり、かつ、ウェハの表面状態によらず
一定の厚さに再現性良く得られるから、直線光導波路部
の水平方向の光の閉じ込め状態を精度よく制御すること
が可能である。また、a−3i:H薄膜では堆積条件を
変えることで長波長帯に対する屈折率を2付近から4付
近まで簡単に制御することが可能であるので、種々の半
導体材料を用いた光導波路に適合する。従って、本発明
によればリブ導波路部の横方向の光の閉じ込めに高い精
度か要求される方向性結合器型光スイッチが同時に集積
されたマトリクス光スィッチ等において、曲線光導波路
の曲率半径を小さくし素子を小型化することができる。Furthermore, the a-3t:H thin film can be deposited over a large area and highly uniformly, and can be obtained at a constant thickness with good reproducibility regardless of the surface condition of the wafer. It is possible to precisely control the confinement state of light in the horizontal direction. In addition, the a-3i:H thin film can easily control the refractive index for long wavelength bands from around 2 to around 4 by changing the deposition conditions, making it suitable for optical waveguides using various semiconductor materials. do. Therefore, according to the present invention, the radius of curvature of a curved optical waveguide can be improved in a matrix optical switch in which directional coupler type optical switches that require high accuracy in confining light in the lateral direction of the rib waveguide are simultaneously integrated. It is possible to reduce the size of the device.
第1図は本発明によるGaAs/All GaAs半導
体光導波路を集積しな、曲線光導波路部2及び2本の直
線光導波路で構成される方向性結合器1からなる4×4
マトリクス光スイツチの概要図であり、第1図(A)は
平面図、第1図(B)は第1図(A)の点線BB′面に
おける方向性結合器部の断面図、第1図(C)は第1図
(A)の点線CC′面における曲線光導波路部の断面図
を示す。第2図は曲線光導波路の放射損失と曲率半径R
の関係を示す図であり、第2図(A)はシングルモード
条件内で導波路幅を変化させた場合の放射損失とRの関
係を示す特性図、第2図(B)は第2図(A)と同じ構
造でシングルモード条件内でリブ高さを変化させた場合
の放射損失とRの関係を示す特性図である。第3図(A
)は第2図において計算に用いた8字カーブの概要を示
す平面図、第3図(B)は第2図の計算において用いた
層構造を示す断面図である。
1・・・方向性結合器部、2・・・曲線光導波路部、1
1−n”−GaAs基板、12−・n−A、Il o、
5Gao、sAs第1クラッド層、13− i −G
aAs導波層、14− 1−AfJo、Gao、s A
s第2クラッド層、15”・p −A、Il o、s
Gao、s As第3クラッド層、16・・・p+−G
aAs−qタフ1層、17・・・n電極、18・・・p
電極、19・・・aSi:H薄膜、72・・・曲率半径
R173・・・導波路幅W、74・・・エツチング深さ
t、。FIG. 1 shows a 4×4 directional coupler 1 consisting of a curved optical waveguide portion 2 and two straight optical waveguides, in which GaAs/All GaAs semiconductor optical waveguides according to the present invention are integrated.
1(A) is a plan view, FIG. 1(B) is a sectional view of the directional coupler section along the dotted line BB' plane in FIG. 1(A), and FIG. (C) shows a cross-sectional view of the curved optical waveguide section along the dotted line CC' plane in FIG. 1(A). Figure 2 shows the radiation loss and radius of curvature R of a curved optical waveguide.
FIG. 2(A) is a characteristic diagram showing the relationship between radiation loss and R when changing the waveguide width within single mode conditions, and FIG. 2(B) is a characteristic diagram showing the relationship between R and FIG. It is a characteristic diagram which shows the relationship between radiation loss and R when the rib height is changed within single mode conditions with the same structure as (A). Figure 3 (A
) is a plan view showing an outline of the figure-8 curve used in the calculation in FIG. 2, and FIG. 3(B) is a cross-sectional view showing the layer structure used in the calculation in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Directional coupler part, 2... Curved optical waveguide part, 1
1-n”-GaAs substrate, 12-・n-A, Ilo,
5Gao, sAs first cladding layer, 13-i-G
aAs waveguide layer, 14-1-AfJo, Gao, s A
s Second cladding layer, 15”・p −A, Ilo, s
Gao, s As third cladding layer, 16...p+-G
aAs-q tough 1 layer, 17...n electrode, 18...p
Electrode, 19... aSi:H thin film, 72... Radius of curvature R173... Waveguide width W, 74... Etching depth t.
Claims (1)
、前記直線形状のリブ型光導波路部のリブ底部のみに水
素化非晶質シリコン薄膜が堆積されていることを特徴と
する半導体光導波路。A semiconductor optical waveguide characterized in that straight and curved rib-shaped optical waveguides are continuously formed, and a hydrogenated amorphous silicon thin film is deposited only on the bottom of the rib of the linear rib-shaped optical waveguide. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10992990A JPH047509A (en) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Semiconductor optical waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10992990A JPH047509A (en) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Semiconductor optical waveguide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH047509A true JPH047509A (en) | 1992-01-10 |
Family
ID=14522692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10992990A Pending JPH047509A (en) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Semiconductor optical waveguide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH047509A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100246507B1 (en) * | 1996-09-20 | 2000-04-01 | 시마자키 기요시 | Transposition unit for object carrier |
US6697543B2 (en) | 2001-07-17 | 2004-02-24 | Fujitsu Limited | Optical waveguide filter |
-
1990
- 1990-04-25 JP JP10992990A patent/JPH047509A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100246507B1 (en) * | 1996-09-20 | 2000-04-01 | 시마자키 기요시 | Transposition unit for object carrier |
US6697543B2 (en) | 2001-07-17 | 2004-02-24 | Fujitsu Limited | Optical waveguide filter |
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